一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到冶金領域，提供了一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，采用無氧銅作為冷卻板基體，采用軋制的鋼管作為冷卻水管，基體與冷卻水管一次鑄造成型，包括：在銅水中添加成渣劑和硅鐵合金塊；將冷卻水管放入澆注模型中，在冷卻水管中通過液態(tài)冷態(tài)介質(zhì)和復合固體冷卻介質(zhì)；用銅水澆注冷卻板基體，將冷卻水管的中部澆注在基體內(nèi)。本發(fā)明可有效避免冷卻水管在鑄造過程中變形或局部熔穿；避免冷卻板基體和冷卻水管間產(chǎn)生氣隙；避免發(fā)生完全重熔和完全再結(jié)晶，精確實現(xiàn)冷卻水管外表面的微熔，提高鋼磚本體的冷卻效果和機械性能，延長冷卻板壽命進而延長礦熱爐壽命。
【專利說明】一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到冶金領域，具體涉及一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法。
【背景技術】
[0002]礦熱爐主要是利用電弧放電產(chǎn)生大量熱量，據(jù)此熔煉礦石和金屬的熱工設備。近十幾年來，國內(nèi)外礦熱爐冶煉技術迅速發(fā)展，高效、長壽已日益成為礦熱爐冶煉技術發(fā)展的重要方向。由于礦熱爐在電弧放電過程中能量集中，弧區(qū)溫度在3000°C以上，礦熱爐壁體長時間經(jīng)受高溫侵蝕。為降低礦熱壁體的表面溫度，延長礦熱爐使用壽命，通常需要在礦熱爐外圍安裝冷卻板。
[0003]當前國內(nèi)外礦熱爐行業(yè)普遍采用的冷卻板材質(zhì)主要是不銹鋼板、普通鋼板，通過將不銹鋼板、普通鋼板卷曲、拼裝、焊接的方式，形成多條封閉的冷卻水通道，當冷卻水穿過該通道的過程中，將熱量不斷帶出爐體外，據(jù)此降低礦熱爐壁體的溫度，使得礦熱爐免受高溫侵蝕。當前的設計存在以下不足:(1)與銅的導熱性能相比，普通碳鋼的導熱性能較差，不銹鋼的導熱性能次之，使得需要給冷卻板提供更大流量和壓力的冷卻水，以保證冷卻板的冷卻能力。(2)傳統(tǒng)的冷卻板設計焊縫較多，冷卻水通道的拐角存在冷卻水死角，造成冷卻盲點較多，容易造成局部過熱，引起冷卻通道內(nèi)局部冷卻水沸騰，加重冷卻水內(nèi)雜質(zhì)離子的沉淀析出，增加冷卻水吸收熱量的熱阻，降低冷卻效果。(3)由于涉及的焊縫較多，容易發(fā)生漏水現(xiàn)象，一方面危害冷卻板的正常使用，另一方面，一旦冷卻水滲入到礦熱爐內(nèi)的高溫液態(tài)金屬中時，可能引起礦熱爐內(nèi)局部爆炸，將造成重大的安全隱患。
[0004]為解決傳統(tǒng)冷卻板的不足，本發(fā)明提供了一種基于銅基體內(nèi)鑄入鋼管冷卻板，該冷卻板的制造主要存在五個方面難點。第一，無氧銅銅基體與軋制鋼管的結(jié)合強度不高，廢品率高；第二，在澆注過程中，冷卻通道內(nèi)部易發(fā)生氧化，冷卻性能及產(chǎn)品質(zhì)量大大降低；第三，缺乏銅水潔凈化技術在冷卻板的一次澆注成型過程中的系統(tǒng)研究，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定；第四，礦熱爐爐壁使用的冷卻板屬于厚大鑄件，而厚大鑄件特有的氣孔、疏松、偏析等產(chǎn)品缺陷一直尚未完全解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決基于銅基體內(nèi)鑄入鋼管冷卻板在制造過程中的難點，本發(fā)明提供了一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，在澆注過程中優(yōu)化控制鑄鋼冷卻壁的鑄造工藝，有效減少元素偏析，通過添加特殊合金和優(yōu)化熱處理工藝提高冷卻板性能的技術，確保在澆注過程總冷卻水管不發(fā)生變形和熔穿，促使冷卻水管外表面在澆注過程中微熔，并使得冷卻水管在澆注后與基體緊密結(jié)合。
[0006]為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術方案為:
一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，包括以下步驟:
(I)、將電解銅塊添加至中頻感應爐冶煉銅水，電解銅塊在爐內(nèi)完全融化后分兩次向銅水中添加加入成渣劑，使其均勻覆蓋在銅水表面，以防止銅水在空氣中氧化，每次添加的成渣劑占銅水比重的1.5%-3%，兩次添加的成渣劑的時間間隔為1-3分鐘；
(2)、采用機械噴入的方式向感應爐內(nèi)的銅水中添加粒度為30-40_的硅鐵合金塊，確保硅鐵合金塊全部進入銅水中，防止硅鐵合金塊浮于成渣劑上方，硅鐵合金塊添加量占銅水比重的0.5%-1%，硅鐵合金添加完畢后，靜置，等待澆注；
(3)、配制復合固體冷卻介質(zhì)，，將配制好后的復合固體冷卻介質(zhì)在大氣環(huán)境下，以9000C -1300°C高溫灼燒1-3分鐘，并去除燒結(jié)成塊的粘結(jié)物；
(4)、澆鑄模造型時，澆注模型采取橫臥且冒口偏一側(cè)的造型，模型合箱后將模型冒口所在的一側(cè)墊高，使整體砂箱與地面成10-15度；澆鑄模采用上下兩層內(nèi)澆口階梯澆注的設計，兩層內(nèi)澆口的間隔為10-50cm;據(jù)此控制冷卻板的凝固過程，促使其形成順序凝固；
(5)、將用鑄鋼材料制成的U型冷卻水管按要求放入澆注模型中，在U型冷卻水管的兩端通過耐高溫的軟管外接高壓水泵，高壓水泵預先向冷卻水管內(nèi)通入耐高溫無機油作為循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)，高壓水泵的壓力設為5-15Mpa,液態(tài)循環(huán)冷卻介質(zhì)流量為l-10m/s ；
(6)、將含有硅鐵合金塊的銅水經(jīng)冷卻板基體澆注模型的兩個澆口澆注，澆注過程中，將復合固體冷卻介質(zhì)加入到循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)中，以保證冷卻水管表面微熔，澆注的銅水溫度控制在1120°C -1160°C范圍內(nèi)；
(7)、將澆注好的冷卻板放在陰涼避風處自然冷卻24小時后，卸掉模型，冷卻板制成。
[0007]進一步地，成渣劑的成分為30-50%的CaO、10-30%的SiO2、5-20%的金屬鋁和20-25%Α1203。
[0008]進一步地，所述的硅鐵合金塊的主要成分為15-20%稀土元素、20-30%硅、50-60%
金屬鐵。
[0009]進一步地，所述的復合固體冷卻介質(zhì)的成分包括Cr2O3:45-47%, SiO2:1_2%，CaO:0.5-1%, FeO:20-30%, MgO: 10-15% ；AL2O3: 10-20% ;余量為粒度為 70-100 目的碳粉。
[0010]進一步地，所述的復合固體冷卻介質(zhì)，其加入量為:l_10kg/噸銅水。
[0011]進一步地，所述的U型冷卻水管的橫截面為橢圓形，所述的橢圓形的短軸和長軸的長度之比為0.5?0.7。
[0012]再進一步地，所述的U型冷卻水管為并聯(lián)的多根冷U型卻水管。
[0013]采取以上技術方案后，本發(fā)明的有益效果為:
(O電解銅在中頻感應爐中冶煉為銅水后分兩次添加成渣劑，成渣劑覆蓋于銅水表面，對銅水脫氧，防止銅水被氧化。
[0014](2)以46#TSA汽輪機油代替水作為循環(huán)冷卻劑，無機油的比熱容較大，高溫下不易揮發(fā)、不黏結(jié)、不腐蝕鑄鋼冷卻水管，不改U型變冷卻水管的固有成分和機械性能；
(3)在循環(huán)冷卻劑中添加復合固體冷卻介質(zhì)，以保證U型冷卻水管在澆注過程中處于微熔狀態(tài)，能夠更好地與銅基體無間隙結(jié)合，避免澆注過程中冷卻水因的熔穿或再結(jié)晶導致冷卻水管的軋制性能的破壞；
(4)U型冷卻水管采取橢圓型截面，短軸和長軸的長度之比采用0.5?0.7，使冷卻水管的受熱面積和傳熱效率處于一個最佳狀態(tài)；
(5)銅水中添加了含特殊的稀土合金元素的硅鐵合金塊，細化了晶粒，減少元素偏析，提聞銅基冷卻板的機械性能。[0015](6)澆注模型采用上下兩層內(nèi)澆口階梯澆注的設計，控制冷卻板的凝固過程，形成順序凝固，解決了在銅基體在澆注過程中存在的的氣孔、疏松、偏析等缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中銅基體1，U型冷卻水管2。
【具體實施方式】
[0018]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步詳述:
一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，包括以下步驟:
(1)、將電解銅塊添加至中頻感應爐冶煉銅水，電解銅塊在爐內(nèi)完全融化后分兩次向銅水中添加加入成渣劑，使其均勻覆蓋在銅水表面，對銅水脫氧，防止銅水氧化；每次添加的成渣劑占銅水比重的1.5%-3%，兩次添加的成渣劑的時間間隔為1-3分鐘，所述成渣劑包括30-50% 的 CaO、10-30% 的 Si02、5_20% 的金屬鋁和 20_25%A1203 ；
(2)、采用機械噴入的方式向感應爐內(nèi)的銅水中添加粒度為30-40_的硅鐵合金塊，硅鐵合金塊添加量占銅水比重的0.5%-1%，硅鐵合金添加完畢后，靜置，等待澆注；所述硅鐵合金塊的成分為15-20%稀土元素、20-30%硅、50-60%金屬鐵；
(3)、以Cr 203:45-47%, Si02:1_2%，CaO:0.5-1%, FeO:20-30%, MgO:10-15% ；AL203:10-20% ;余量為粒度為70-100目的碳粉的配方配制復合固體冷卻介質(zhì)，將配制好的復合固體冷卻介質(zhì)在大氣環(huán)境下以900°C -1300°C高溫灼燒1-3分鐘，并去除燒結(jié)成塊的粘結(jié)物；
(4)、澆鑄模造型，澆注模型采取橫臥且冒口偏一側(cè)的造型，模型合箱后將模型冒口所在的一側(cè)墊高，使整體砂箱與地面成10-15度；澆鑄模采用上下兩層內(nèi)澆口階梯澆注的設計，兩層內(nèi)澆口的間隔為10-50cm;
(5)、將用鑄鋼材料制成的多根并排設置的U型冷卻水管2按要求放入澆注模型中，所述U型冷卻水管2的截面為短軸和長軸的長度之比為0.5~0.7橢圓型，在U型冷卻水管2的兩端通過耐高溫的軟管外接高壓水泵，高壓水泵預先向冷卻水管內(nèi)通入46#TSA汽輪機油作為循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)，高壓水泵的壓力設為5-15Mpa，液態(tài)循環(huán)冷卻介質(zhì)流量為
1-1Om/s ；
(6)、將含有硅鐵合金塊的銅水經(jīng)冷卻板基體澆注模型的兩個澆口澆注，澆注過程中，將復合固體冷卻介質(zhì)加入到循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)中，添加量為1-1Okg/噸銅水，以保證冷U型卻水管表面微熔；澆注的銅水溫度控制在1120°C -1160°C范圍內(nèi)；
(7)、將澆注好的冷卻板放在陰涼避風處自然冷卻24小時后，卸掉模型，冷卻板制成。
【權(quán)利要求】
1.一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將電解銅塊加入中頻感應爐中，電解銅塊在爐內(nèi)完全融化后分兩次向銅水中加入成渣劑，使其均勻覆蓋在銅水表面，每次加入的成渣劑占銅水比重的1.5%-3%，兩次加入成渣劑的時間間隔為1-3分鐘； (2)采用機械噴入的方式向感應爐內(nèi)的銅水中加入粒度為30-40mm的硅鐵合金塊，硅鐵合金塊加入量占銅水比重的0.5%-1%，硅鐵合金塊加入完畢后，靜置，等待澆注； (3)配制復合固體冷卻介質(zhì)，并將配制好后的復合固體冷卻介質(zhì)在大氣環(huán)境下以9000C -1300°C高溫灼燒1-3分鐘，去除燒結(jié)成塊的粘結(jié)物； (4)澆鑄模造型時，澆注模型采取橫臥且冒口偏一側(cè)的造型，模型合箱后將模型冒口所在的一側(cè)墊高，使整體砂箱與地面成10-15度；澆鑄模采用上下兩層內(nèi)澆口階梯澆注的設計，兩層內(nèi)澆口的間隔為10-50cm; (5)將用鑄鋼材料制成的U型冷卻水管按要求放入澆注模型中，在U型冷卻水管的兩端外接高壓水泵，高壓水泵預先向冷卻水管內(nèi)通入循環(huán)冷卻介質(zhì)，高壓水泵的壓力設為5-15Mpa，液態(tài)循環(huán)冷卻介質(zhì)流量為Ι-lOm/s ； (6)將含有硅鐵合金塊的銅水經(jīng)冷卻板基體澆注模型的兩個澆口澆注，澆注過程中，將復合固體冷卻介質(zhì)加入到循環(huán)冷卻介質(zhì)中，澆注的銅水溫度控制在1120°C -1160°C范圍內(nèi)； (7)將澆注好的冷卻板放在陰涼避風處自然冷卻24小時后，卸掉模型，制成冷卻板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，其特征在于，所述成渣劑的成分為30-50%的CaO、10-30%的SiO2、5-20%的金屬鋁和20-25%Α1203。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，其特征在于，所述的娃鐵合金塊的主要成分15-20%稀土兀素、20-30%娃、50-60%金屬鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，其特征在于，所述的復合固體冷卻介質(zhì)的成分包括Cr2O3:45-47%, SiO2:1_2%，CaO:0.5-1%, FeO:20-30%, MgO:10-15% ；AL203:10-20%，余量為粒度為 70-100 目的碳粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種礦熱爐專用的銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，其特征在于，所述的復合固體冷卻介質(zhì)，其加入量為=1-1Okg/噸銅水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，其特征在于，所述的冷卻水管的橫截面為圓形或橢圓形，所述的橢圓形的短軸和長軸的長度之比為0.5?0.7。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，其特征在于，所述的冷卻水管為并聯(lián)的多根冷卻水管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐用銅基體內(nèi)鑄入鋼管的冷卻板的鑄造方法，其特征在于，所述循環(huán)冷卻介質(zhì)為46#TSA汽輪機油。
【文檔編號】B22D19/16GK103722156SQ201310691173
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】潘宏偉, 朱圣才, 徐一鳴, 盧吉林, 高學英 申請人:江蘇宏大特種鋼機械廠有限公司